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1、 第十三章第十三章 RNA RNA的生物合成的生物合成 l 在在RNA聚聚合合酶酶的的催催化化下下，以以一一段段DNA链链为为模模板板合合成成RNA，从从而而将将DNA所所携携带带的的遗遗传传信信息息传传送给送给RNA的过程称为转录。的过程称为转录。l经经转转录录生生成成的的RNA有有多多种种，主主要要的的是是rRNA，tRNA，mRNA，snRNA和和HnRNA。 RNA转录合成的特点转录合成的特点 一、转录的不对称性一、转录的不对称性转录转录(transcription)(transcription)的不对称性就是指以的不对称性就是指以双链双链DNADNA中的一条链作为模板进展转录，中的一
2、条链作为模板进展转录，从而将遗传信息由从而将遗传信息由DNADNA传送给传送给RNARNA。l对于不同的基因来说，其转录信息可以存在于对于不同的基因来说，其转录信息可以存在于两条不同的两条不同的DNADNA链上。可以转录链上。可以转录RNARNA的那条的那条DNADNA链称为有意义链链称为有意义链( (模板链，而与之互补的另模板链，而与之互补的另一条一条DNADNA链称为反意义链编码链。链称为反意义链编码链。有意义链有意义链反意义链反意义链553355二、转录的延续性二、转录的延续性RNARNA转录合成时，以转录合成时，以DNADNA作为模板，在作为模板，在RNARNA聚聚合酶的催化下，延续合
3、成一段合酶的催化下，延续合成一段RNARNA链，各链，各条条RNARNA链之间无需再进展衔接。链之间无需再进展衔接。合成的合成的RNARNA中，如只含一个基因的遗传信息，中，如只含一个基因的遗传信息，称为单顺反子；如含有几个基因的遗传称为单顺反子；如含有几个基因的遗传信息，那么称为多顺反子。信息，那么称为多顺反子。 三、三、转录转录的的单单向性向性RNARNA转录转录合成合成时时，只能向一个方向，只能向一个方向进进展聚合，展聚合，所依所依赖赖的模板的模板DNADNA链链的方向的方向为为3535，而，而RNARNA链链的合成方向的合成方向为为5353。 四、有特定的起始和终止位点四、有特定的起始
4、和终止位点RNARNA转录合成时，只能以转录合成时，只能以DNADNA分子中的某一分子中的某一段作为模板，故存在特定的起始位点和段作为模板，故存在特定的起始位点和特定的终止位点，特定起始点和特定终特定的终止位点，特定起始点和特定终止点之间的止点之间的DNADNA链构成一个转录单位，通链构成一个转录单位，通常由转录区和有关的调理顺序构成。常由转录区和有关的调理顺序构成。 RNA转录合成的条件转录合成的条件 一、底物一、底物四种核糖核苷酸，即四种核糖核苷酸，即ATPATP，GTPGTP，CTPCTP，UTPUTP。 二、模板二、模板以一段以一段单链单链DNADNA作作为为模板。模板。 三、三、RN
5、A聚合聚合酶酶 DDRP 这这是一种不同于引物是一种不同于引物酶酶的依的依赖赖DNA的的RNA聚合聚合酶酶。该该酶酶在在单链单链DNA模板以及四种模板以及四种核糖核苷酸存在的条件下，不需求引物，核糖核苷酸存在的条件下，不需求引物，即可从即可从53聚合聚合RNA。 l原核生物中的原核生物中的RNARNA聚合聚合酶酶全全酶酶由五个由五个亚亚基构成，基构成，即即22。l亚亚基与基与转录转录起始点的起始点的识别识别有关，而在有关，而在转录转录合合成开成开场场后被后被释释放，余下的部分放，余下的部分 22 被称被称为为中心中心酶酶，与，与RNARNA链链的聚合有关。的聚合有关。 大肠杆菌大肠杆菌RNA聚
6、合酶全酶聚合酶全酶l真核生物中的真核生物中的RNARNA聚合聚合酶酶可按其可按其对对-鹅鹅膏蕈碱敏感性而分膏蕈碱敏感性而分为为三种，它三种，它们们均由均由10101212个大小不同的个大小不同的亚亚基所基所组组成，构造非成，构造非常复常复杂杂，其功能也不同。，其功能也不同。 酵母酵母RNA聚合聚合酶酶和和四、四、终终止因子止因子 1 1蛋白：蛋白：这这是一种六聚体的蛋白是一种六聚体的蛋白质质，亚亚基的分子量基的分子量为为50kd50kd。该该蛋白因子能蛋白因子能识识别终别终止信号，并能与止信号，并能与RNARNA严严密密结结合，合，导导致致RNARNA的的释释放。放。 2 2nusAnusA蛋
7、白：蛋白：为为一分子量一分子量69kd69kd的酸性的酸性蛋白，它能与蛋白，它能与RNARNA及及RNARNA聚合聚合酶酶相相结结合，合，在在终终止部位使两者被止部位使两者被释释放。放。 五、激活因子五、激活因子目前知激活因子为降解产物基因激活蛋白目前知激活因子为降解产物基因激活蛋白CAPCAP，又称为，又称为cAMPcAMP受体蛋白受体蛋白CRPCRP。是一种二聚体蛋白质，亚基分子量为是一种二聚体蛋白质，亚基分子量为23kd23kd。该蛋白与。该蛋白与cAMPcAMP结合后，刺激结合后，刺激RNARNA聚聚合酶与起始部位结合，从而起始转录过合酶与起始部位结合，从而起始转录过程。程。 RNA转
8、录合成的根本过程转录合成的根本过程 一、一、识别识别原核生物原核生物RNARNA聚合聚合酶酶中的中的因子因子识别转录识别转录起起始点，并促使中心始点，并促使中心酶酶结结合构成全合构成全酶酶复合复合物。物。被被识别识别的区段就是位于的区段就是位于转录转录起始点起始点-35-35区的区的TTGACATTGACA序列。序列。酶酶与与该该区区结结合后，即滑合后，即滑动动至至-10-10区的区的TATAATTATAAT序列序列 PribnowPribnow盒盒 ，并启，并启动转录动转录。 原核生物中转录起始区的共同序列原核生物中转录起始区的共同序列l位位于于基基因因上上游游，与与RNARNA聚聚合合酶酶
9、识识别别、结结合合并并起起始始转转录录有有关关的的一一些些DNADNA顺顺序序称称为为启启动动子子promoter)promoter)。 l真真核核生生物物的的转转录录起起始始区区上上游游也也存存在在一一段段富富含含TATA的的顺顺序序，被被称称为为HognessHogness盒盒或或TATATATA盒。盒。 l除除此此之之外外，在在真真核核生生物物中中还还可可见见到到其其他他带共性的序列，如带共性的序列，如CAATCAAT盒及盒及GCGC盒等。盒等。l真真核核生生物物的的转转录录起起始始较较为为复复杂杂。目目前前知知RNA聚聚合合酶酶至至少少有有六六种种不不同同的的蛋蛋白白因因子子参参与与转
10、转录录复复合合体体的的构构成成。这这些些蛋蛋白白因因子子被被称称为为转转录录 因因 子子 trans-criptional factor, TF)。包包括括 TFA，TFB， TFD，TFE， TFF，TF-I。 转录转录因子因子 功功 能能TFA 稳稳定定TFD结结合合TFB 促促进进pol 结结合合TFD 识别识别TATA盒盒TFE ATPase TFF 解旋解旋酶酶真核生物真核生物RNA聚合聚合酶酶转录转录因子及其功能因子及其功能二、起始二、起始RNARNA聚合酶全酶促使部分双链解开，并催化聚合酶全酶促使部分双链解开，并催化ATPATP或或GTPGTP与另外一个三磷酸核苷聚合，与另外一个
11、三磷酸核苷聚合，构成第一个构成第一个3,5-3,5-磷酸二酯键。磷酸二酯键。 三、延伸三、延伸因子从全因子从全酶酶上脱离，余下的中心上脱离，余下的中心酶酶继续继续沿沿DNADNA链链挪挪动动，按照碱基互，按照碱基互补补原那么，不原那么，不断聚合断聚合RNARNA。 四、四、终终止止RNA转录转录合成的合成的终终止机制有两种：止机制有两种： 1自自动终动终止：模板止：模板DNA链链在接近在接近转录终转录终止点止点处处存在相存在相连连的富含的富含GC和和AT的区域，的区域，使使RNA转录产转录产物构成寡聚物构成寡聚U及及发夹发夹形的形的二二级级构造，引起构造，引起RNA聚合聚合酶酶变变构及挪构及挪
12、动动停停顿顿，导导致致RNA转录转录的的终终止。止。 2依依赖辅赖辅助因子的助因子的终终止：由止：由终终止因子止因子(因子因子)识别识别特异的特异的终终止信号，并促使止信号，并促使RNA的的释释放。放。 真核生物真核生物RNA转录后的转录后的加工修饰加工修饰 一、一、mRNA的转录后加工的转录后加工 1加帽加帽(adding cap)：即在即在mRNA的的5-端加上端加上m7GTP的构造。的构造。mRNA在真核生物中的初级产物称为在真核生物中的初级产物称为HnRNA。此过程发生在细胞核内，即此过程发生在细胞核内，即HnRNA即可进展加即可进展加帽。帽。加工过程首先是在磷酸酶的作用下，将加工过程
13、首先是在磷酸酶的作用下，将5-端的磷端的磷酸基水解，然后再加上鸟苷三磷酸，构成酸基水解，然后再加上鸟苷三磷酸，构成GpppN的构造，再对的构造，再对G进展甲基化。进展甲基化。 2加尾加尾(adding tail)：这这一一过过程程也也是是细细胞胞核核内内完完成成，首首先先由由核核酸酸外外切切酶酶切切去去3-端端一一些些过过剩剩的的核核苷苷酸酸，然然后后再再参参与与polyA。polyA构构造造与与mRNA的半寿期有关。的半寿期有关。 3剪接剪接splicing)：真真核核生生物物中中的的构构造造基基因因根根本本上上都都是是断断裂裂基基因因。构构造造基基因因中中可可以以指指点点多多肽肽链链合合成
14、成的的编编码码顺顺序序被被称称为为外外显显子子，而而不不能能指指点点多多肽链合成的非编码顺序就被称为内含子。肽链合成的非编码顺序就被称为内含子。真真核核生生物物HnRNA的的剪剪接接普普通通需需snRNA参参与与构构成成的的核核蛋蛋白白体体参参与与，经经过过构构成成套套索索状状构造而将内含子切除掉。构造而将内含子切除掉。 4内部甲基化：内部甲基化：由由甲甲基基化化酶酶催催化化，对对某某些些碱碱基基进进展展甲甲基基化化处置。处置。 真核生物真核生物mRNA的转录后加工修饰的转录后加工修饰二、二、tRNA的转录后加工的转录后加工l主要有以下几种加工方式：主要有以下几种加工方式：l切断。切断。l剪接。剪接。l化学修饰。化学修饰。三、三、rRNA的转录后加工的转录后加工四膜虫前四膜虫前rRNA的本身剪接的本身剪接
